电子工程师吐血总结：如何快速发现和解决PCB中问题
常见的PCB制造问题以及如何解决这些问题。
PCB（Printed Cricuit Board）生产涉及一系列复杂精密的制造过程，随着电路板集成度更高，更复杂，其制造过程对生产人员来说越来越具有挑战性，并且出现缺陷和失败的几率也随之增大。
不管什么原因，对于面向个人使用还是商业应用，PCB的缺陷都会引起严重的不良后果，比如，重要医疗设备中的电路板故障可能会危及生命，而智能手机或汽车电子的问题会干扰用户的活动。
本文将讨论在PCB制造过程中，一些主要问题。
人为失误
PCB制造中出现缺陷大部分是由人为失误造成的，大多数情况下，错误的生产工艺，元器件的错误放置以及不专业的生产制造规范是导致多达64%可避免的产品缺陷出现。
导致电路缺陷的原因是由于电路的复杂性和工艺增加，主要有以下几点：
密集型封装元器件
多层电路布线
精细的电路走线
表面贴装元器件
电源和地
尽管每个制造者或组装者都希望生产出来的PCB板子是没有缺陷，但就是有那么几种设计和生产的过程的难题造成PCB板问题不断。典型的问题和结果包括如下几点：
焊接不良会导致短路，开路，冷焊点等情况
板层的错位会导致接触不良和整体性能不佳
铜迹线绝缘不佳会导致迹线与迹线之间出现电弧
将铜迹线与通路之间靠的太紧，很容易出现短路的风险
电路板的厚度不足会导弯曲和断裂
板子的性能也受环境的影响
由于PCB本身的构造原因，当处于不利环境下，很容易造成PCB板的损害。极端温度或者温度变化不定，湿度过大、高强度的振动等其他条件都是导致板子性能降低甚至报废的因素。比如说，环境温度的变化会引起板子的形变。因此将会破坏焊点，弯曲板子形状，或还可能引起板子上的铜迹线断路。
另一方面，空气中的水分会导致金属表面氧化，腐蚀和生锈，如暴露的在外的铜迹线，焊点，焊盘以及元器件引线。部件和电路板表面堆积污垢，灰尘或碎屑还会减少部件的空气流动和冷却，导致PCB过热和性能降级。
最后，振动，跌落，击打或弯曲PCB会使其变形并导致出现裂痕，而大电流或过电压则会导致PCB板被击穿或者导致元器件和通路的迅速老化。
PCB常见缺陷有哪些？
PCB中的缺陷包括元件引脚之间的焊桥或不同的焊点，铜线之间的短路，开路，元件移位等等。 大多数情况下，制造商在将产品推向市场之前会进行大量测试。 但是，有些缺陷可能会被忽视，只有板子在被用户真正使用后缺陷才会凸显出来。 此外，由于环境和制造商无法控制的其他条件，现场会出现一些缺陷。此外，一些缺陷是因为发生在超出制造者可控环境或其他使用条件范围之外。
短路
在生产阶段发生短路的类型是不尽相同的，而其他情况短路，则发生在焊接或回流焊的过程中，常见的短路包括：
当铜迹线之间空间或者间距很小时，会发生短路
未做修剪的元器件引线会引起短路
空中漂浮可导短细线会造成铜迹线之间短路
焊桥
组件故障：有缺陷的组件通常将其输入或输出短路至电源或地。
开路
当迹线断裂时，或者焊料仅在焊盘上而不在元件引线上时，会发生开路。 在这种情况下，元件和PCB之间没有粘连或连接。 就像短路一样，这些也可能发生在生产过程中或焊接过程中以及其他操作过程中。 振动或拉伸电路板，跌落它们或其他机械形变因素都会破坏迹线或焊点。 同样，化学或湿气会导致焊料或金属部件磨损，从而导致组件引线断裂。
元器件的松动或错位
在回流焊过程中，小部件可能浮在熔融焊料上并最终脱离目标焊点。 移位或倾斜的原因可能包括电路板支撑不足，回流炉设置，焊膏问题，人为错误等引起焊接PCB板上元器件的振动或弹跳。
焊接问题
以下是由于不良的焊接做法而引起的一些问题：
受干扰的焊点：外界扰动导致焊料在凝固之前移动。 这与冷焊点类似，但原因不同，可以通过重新加热进行矫正，要求保证焊点在冷却时不受外界干扰。
冷焊：这种情况发生在焊料不能正确熔化时，导致表面粗糙和连接不可靠。 由于过量的焊料阻止了完全熔化，冷焊点也可能发生。 补救措施是重新加热接头并去除多余的焊料。
焊锡桥：当焊锡交叉并将两条引线物理连接在一起时会发生这种情况。 这些有可能形成意想不到的连接和短路，可能会导致组件烧毁或在电流过高时烧断走线。
焊盘，引脚或引线润湿不足。
太多或太少的焊料。
由于过热或粗糙焊接而被抬高的焊盘。
故障定位和维修技术
一旦出现问题迹象，下一步就是追踪和确定位置。这需要遵循逻辑路径，直到查明缺陷。确定故障位置的不同方式包括无需为电路板供电的目视检查，以及使用测试设备的物理检查。测试技术依赖于高端测试设备或使用基本工具，如万用表等在有电或无电板上。
虽然在具有较大迹线的简单单面板上很容易识别可见的缺陷或问题，但对复杂的多层板进行故障排除往往是一项挑战。难易程度取决于电路板的类型，层数，迹线间距，元件数量，电路板尺寸和其他因素。
尽管更复杂的电路板通常需要特殊的测试设备，但万用表，热像仪，放大镜和示波器等基本工具可以识别大部分问题。
高端测试设备结合了包括微电压和其他非接触式电流跟踪技术在内的多种测量方法，能够准确快速地识别负载和裸PCB中的短路。这些设备中的一些使用电流注入和现场感应来识别确切的位置，而无需为电路板供电或移除组件。但是，高成本可能超出许多设计师的范围。
检测设备
诺信检测设备
典型的设备包括自动飞行探测仪器，如双面机器人测试仪Takaya9600和Acculogic FLS 980。还有自动光学检测（AOI）机器，例如诺信YESTECH FX-942。 AOI采用高分辨率相机来检查各种缺陷，包括短路，开路，缺失，不正确或未对齐的元器件。
视觉和物理检测
目视检查可识别缺陷，如重叠痕迹，焊点短路，电路板过热迹象以及烧毁组件。 但这仅限于视力能够触及的范围。
一些问题，尤其是当电路板运载过热，而用肉眼很难识别时。 在这种情况下，放大镜可以帮助识别一些短路，焊桥，开路，焊点和电路板走线的裂缝，元件偏移等等。
另外，万用表可以确定板子上铜迹线是否存在短路或断路。 使用连续性测试，短路电阻值会非常低，通常小于5欧姆。 同样，开路电路则会产生非常高的电阻值。
用万用表检测PCB板缺陷
当在元器件引脚之间检测到低电阻时，最好的办法是把该元器件从PCB电路中取出，进行专门检测。 如果电阻仍然很低，那么这个元器件就是罪魁祸首，否则需要进一步调查。 拆焊时应小心，以免损坏PCB上铜垫或者将要测试的元器件直接从PCB上拔出。
目视检查只适用于电路板的外观查看检测，它可能并不适用于电路板内部层检测。如果外观没有明显可见的缺陷，则需要你为电路板上电并执行更为细致测试，才能检测出电路板是否正常。
定位PCB短路问题点
上述检测方法是有局限性，并且因为在未给电路板上电情况下进行检测，只能检测有限个问题点。这也更容易找到难以发现的缺陷的确切位置，例如已上电的电路板短路问题。 这涉及使用诸如电压表之类的工具来测量铜迹线上的电压降，或使用红外相机来识别发热问题点。
低电压测量
该项技术涉及到控制当前通过短路电流量以及找出电流流向。由于电路板上铜迹线也有电阻，通过铜迹线不同的部分产生的电压也是不同的。电压量取决于铜迹线的长度，宽度和厚度，因为这些因素造成的电阻值不同，相应的电压值也是不同的。
设置对测试有用的安全电流非常重要，其值不能超过导线或设备安全阈值。典型的设置提供2V的电源电压配以最大约为100mA的电流。这将提供可用的总功率约为200mW，这不会损坏部件（除非常敏感的部件）。有时，还可以使用低电压配以（如0.4伏特）高达1安培电流或者更高的电流，但是，应注意将电流限制在不会烧毁铜迹线的安全值内。
使用电压表，可以很容易地测量铜走线两端的电压差。将电压表两个探针放置在铜迹线长度的各个部分之间会指示出电压差及其正负极性，因此来找出电流流动方向。当你沿着短路线测量不同部分之间的电压时，发现电压值越来越小，则越来越接近短路。短路电压下降将为零或非常低，并且超过这一点将不会有电流通过。
毫伏测试需要灵敏的电压表，可以测量微伏和毫伏范围的低电压。例如，当1安培电流的电流通过有1毫欧电阻铜迹线上会产生1毫伏电压，灵敏的电压表应该能够测量并显示该电压值。典型的仪表是Fluke 87-V数字万用表。其具有有5位数字显示器以及10微伏特的分辨率。
用手指感测电路板发热区域
由于短路会导致电路板局部温度上升，因此为电路供电，找到具有热量的区域可以帮助检测者更加容易找到短路发生问题点。 如果用手指无法感觉到细微的发热点，可以使用热成像仪识别局部加热的区域。 但是，通过使用不会损坏元件的电压或铜迹线过热直到打开时，请务必小心使用短路铜迹线的电源。 另外，请小心避免烫伤或电击。
修复短/开线路
在PCB上识别出短路或开路点之后，下一步就是隔离问题。 虽然在电路板的外表面很容易做到这一点，但对于内层而言，这是一项挑战。 可能的解决方案包括钻通孔或切割适当的外部铜迹线。
如果两个焊点之间有焊桥或短路，请将热烙铁的尖端穿过两个引脚或连线之间以除去这些焊点或短路。 另外，使用锡线或吸枪来去除多余的焊料。
修复开路取决于故障的性质和铜迹线的大小。 在更宽的铜迹线上，你可以刮掉开路的两侧，然后在两者之间焊接跳线。 但是，这可能不适用于窄迹线或有严格环境要求电路板上，最好的方法是在相应的焊盘之间布线。 完成后，用一些胶水将导线固定到位。
通过清洁和小心地重新焊接接头，很容易在元器件引脚上修复开路。 另一方面，由于组件故障造成的短路或断路需要更换故障或老化的元器件。
最后
PCB板在使用后由于设计或生产缺陷而经常会出现问题。 在大多数情况下，板子将处在低性能水平或根本不工作。 出现问题时，确定并修复故障对于确保设备的持续使用至关重要。修复的成功取决于识别故障及其位置的能力。
大多数制造商拥有所有测试设备和工具来识别和纠正电路板的故障。 然而，对于一些资源有限的设计师或专业人士来说，购买这些全部工具不太可能。 幸运的是，电子专业人士可以通过使用低成本的技术来实现用基本的工具和耐心识别和修复相当一部分问题。
原文来自网站Supplyframe-hardware
作者:Amos Kingatua
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